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水处理中的污水处理工艺

		点击数：	更新时间： 2021年10月23日
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概述
国内外污水处理主要技术、基本原理和工艺流程 
污水处理工艺的关键技术、指标分析及运行基础知识
城镇污水处理设施建设中面临的主要问题、运营管理、常见故障识别与处理

水污染现状
      90％以上的城市水域受到污染
        50％左右地下水水质受到污染
        50％以上的重点城镇饮用水源不符合标准
        特别严重的水系：三河：淮河、海河、辽河
        湖泊富营养化严重：滇池、巢湖、太湖
    
污水的种类及来源
按其来源及产生途径污水主要分为生活污水、工业废水、雨水与渗流、农业污水、自然界中其它被污染水。
工厂排污口
工业污染源
污水处理技术，就是采用各种方法将污水中所含有的污染物分离出来，或将其转化为无害和稳定购物质，从而使污水得到净化。现代的污水处理技术，按其作用原理可分为物理处理法、化学处理法和生物处理法三类。
物理处理法
利用物理作用分离污水中主要呈悬浮状态的污染物质，在处理过程中污染物质的化学性质不发生改变。主要有：利用污染物质与水的密度差异借重力沉降作用使其从水中分离的沉淀法，利用筛滤介质截流污水中的悬浮物的筛滤法；利用气浮处理设备在污水中形成的微小气泡上浮时将密度接近于水的微小颗粒状的污染物质粘附去除的气浮法；利用反渗透膜将污染物截留的反渗透法等。主要处理设施包括格栅、沉砂池、沉淀池、气浮池等。

直棒式栅条格栅
格栅工艺流程图
   物理处理法常用的处理设施图
   （1）格栅
   
（2）沉砂池
    新建的污水处理厂多以曝气沉砂池为主

曝气式沉砂池
曝气式沉砂池工艺流程图
平流沉淀池
（2）沉淀池
      主要包括平流式、竖流式、曝气式和涡流式沉砂池，过去的沉砂池大多采用平流式，新建的处理厂则以曝气式为主。今年来涡流式沉砂池也有增多的趋势，而竖流沉砂池一般很少采用。
池型呈长方形，废水从池的一端进入，水平方向流过池子，从池的另一端流出。在池的进口处底部设贮泥斗，其他部位池底有坡度，倾向贮泥斗。
竖流沉淀池
池型多为圆形，亦有长方形或多角形，废水从设在池中央的中心管进入，从中心管下端经过反射板后均匀缓慢地分布在池的横断面上，由于出水口设置在池面或池墙四周，故水的流向基本由下向上。污泥淤积在底部的污泥斗。

辐
流
式
沉
淀
池
剖
面

中心进水
周边进水
原水
原水
平流式气浮池工艺流程图
竖流式气浮池工艺流程图
 化学处理法
利用化学反应作用来分离、回收污水中的污染物。主要有：混凝法(通过向水中投加带有与胶体状污染物质相反电荷的电解质(混凝剂)改变胶体颗粒稳定性从而使其凝聚沉淀去除)、中和法(通过向酸性废水中投加碱性物质或向碱性废水中投加酸性物质改变污水PH值)、氧化还原法(向废水中投加氧化剂或还原剂通过氧化还原作用使污染物质转变为无害的物质，主要用于处理含酚、氰污木和含铬、含汞污水)、电解法(在污水中插入电极，在阳极相阴极分别发生氧化还原反应，主要用于处理含铬和含氰污水)、吸附法(通过团体吸附剂将污水中的溶解性有机或无机污染物吸附)、电渗析法(通过由阴、阳离子交换膜组成的电渗析器使污水中的阴、阳离子得到分离)、汽提法、吹脱法、牟取法等。
生物处理法
利用微生物的新陈代谢功能使污水中呈溶解和胶体状态的有机污染物被溶解并转化为无害的物质，包括好氧和厌氧生物处理两种方式。其中，好氧生物处理对COD的去除效果较好。好氧生物处理法主要分为活性污泥法和生物膜法。这两种方法中活性污泥法、氧化沟、SBR、A2/O、曝气生物滤池、生物接触氧化、生物流化床几种工艺在国内外应用的较广泛。
活性污泥法
活性污泥对有机物的降解主要在曝气阶段进行，可分为两个阶段，吸附阶段和稳定阶段。在吸附阶段，主要是污水中的有机物转移到活性污泥上去，这是由于活性污泥具有巨大的比表面积，而表面上含有多糖类的粘性物质所致。在稳定阶段，主要是转移道活性污泥上的有机物为微生物所利用。当污水中有机物处于悬浮状态和胶态时，吸附阶段很短，一般在15-45min左右，而稳定阶段较长。
活性污泥法的基本流程
图 
氧化沟
氧化沟是一种简易的活性污泥系统，属于延时曝气法。其曝气设备为转刷，设置在氧化沟的直段上，转刷旋转，推动混合液在池内循环流动，并使活性污泥处于悬浮状态。污水进入反应池，通常需要循环几十圈，才能流出沟外。
氧化沟工艺布置 
SBR法
SBR技术本身是活性污泥法的一种，去除污染物的机理与传统的活性污泥法完全一致，但其操作过程又与活性污泥法完全不同。
SBR作为序批式活性污泥法兼有推流、厌氧—好氧操作、间断进水的特点。实际上，SBR是一种半连续—间歇式装置，它与传统的充放式曝气池不同。从进水方式看，可以是间歇的，也可以是连续的。而排水一般是间歇的；从曝气方式看，可以来用充水期不曝气的限制曝气方式、充水期曝气的非限制曝气方式或充水后期曝气的半限制曝气方式。
泵房
细格栅
沉淀池
SBR 反应池
初格栅
脱水
浓缩
制肥
排放
进水
A2/O法
在厌氧/好氧除磷系统和缺氧/好氧脱氮系统原理的基础上，人们提出的A2/O污水处理系统，即将两个处理系统结合起来，使污水经过厌氧(Anaerobic)、缺氧(Anoxic)及好氧(Oxic)三个生物处理过程(简称A2/O))，达到同时去除BOD、氮和磷的目的。
除磷原理
除磷是通过磷的厌氧释放和好氧吸附两个过程完成的。污水进入厌氧池使污泥中的好氧微生物处于压抑状态，以释放出贮存在菌体内的多聚磷酸盐，同时释放出能量，可供处于压抑状态下生物活动的需要。聚磷细胞厌氧释放的前提是水中既无分子态氧又无结合态氧，在厌氧状态下。聚磷细胞中磷的释放越充分，体内贮存的聚—β羟基丁酸盐也越多，进入好氧状态后磷的吸收量也越大。有试验资料表明，厌氧状态下每释放1mg磷，进入好氧状态后就可吸收2.0一2.4mg磷。细胞内吸收了大量磷的高磷污泥最后以剩余污泥的形式排出系统，从而完成除磷过程。
脱氮原理
它同缺氧A/O法一样。脱氮过程为零级反应，反硝化速率与水中硝态氮浓度无关，因此为充分利用水中有机质，一般均采用前置缺氧脱氮流程。硝态氮由硝化后的混合液回流提供。
回流污泥（含磷污泥）
剩余污泥
释放磷、氨化
硝化吸收磷、去除BOD
脱氮
沉淀池
曝气生物滤池
污水通过补水设备连续地、均匀的喷洒道滤床表面，在重力作用下，污水以水滴的形式向下渗析，或以波状薄膜的形式向下渗流。最后，污水到达排水系统，流出滤池。污水流经滤床时，有一部分污水、污染物和细菌附着在滤床表面上，微生物便在滤料表面大量繁殖，不久，形成一层充满微生物的粘膜，称为生物膜。这个起始阶段通常叫“挂膜”，是生物滤池的成熟期。污水流经成熟滤床时，污水中有机污染物呗生物膜重的微生物吸附、降解，从而得到净化。
生物曝气滤池(BAF)的构造图
  曝气生物滤池的工艺组成
  曝气生物滤池主体可分为布水系统、布气系统、承托层、生物填料层、反冲洗等五个部分。
  曝气生物滤池的运行方式
  曝气生物滤池的流向
(a) 采用滤头的下向流滤池   (b) 不采用滤头的下向流滤池   (c) 上向流的曝气生物滤池
升流式和下向流方式的曝气生物滤池工艺图
带回流的升流式曝气生物滤池工艺图
曝气生物滤床的串联
生物接触氧化法
生物接触氧化池内设置填料，填料淹没在废水中，填料上长满生物膜，废水与生物膜接触过程中，水中的有机物被微生物吸附、氧化分解和转化为新的生物膜。从填料上脱落的生物膜，随水流到二沉池后被去除，废水得到净化。在接触氧化池中，微生物所需要的氧气来自水中，而废水则自鼓入的空气不断补充失去的溶解氧。空气是通过设在池底的穿孔布气管进入水流，当气泡上升时向废水供应氧气，有时并借以回流池水。
生物流化床
以砂、焦炭或活性炭等细小惰性材料作为生物膜载体，废水(先经充氧或床内充氧)自下向上流过滤床使载体层呈流动状态，加大了生物膜表面积与废水和氧的接触，提高了处理效率。
流化床工艺流程
图 
The biological fluidized bed reactor is an important part of breaking down perchlorate contamination. (Photo courtesy of Tulsa District)
关键技术
曝气理论、设备及曝气池
指标分析
技术指标分析
经济指标分析
一、气体传递原理
二、曝气设备
三、曝气池池型
备注：30
dm/dt——气体传递速率；
KL——气体扩散系数；
A——气液界面接触面积，m2
Cs，——液相氧的饱和浓度,mg/L；
c——液相内氧的实际浓度,mg/L
KLa——总的传质系数
备注：31
一些废水的α及β值	一些废水的α及β值	一些废水的α及β值
废? 水? 名? 称	α	β
纸板废水牛皮纸浆木纸浆废水漂染废水印染废水炼油废水	0.53~0.640.45~0.790.60.3~0.50.50.72	0.8~0.85
生活污水（新鲜）生活污水（腐化）	0.26~0.46
0.16~0.19	0.9（一般生活污水）
备注：32
 
其中
温度、气压的影响
若
供氧速度=耗氧速度rr
则
氧吸收率
W——实际供气量
备注：33
曝气设备的类型
1、鼓风曝气
（1）小气泡扩散器  
（2）中气泡扩散器
（3） 大气泡扩散器
（4）微气泡扩散器 
衡量曝气设备曝气效率的两个指标
氧吸收率（或利用率）：向混合液供给1千克氧时，水中所能获得的氧千克数，多用于鼓风曝气装置评价；
动力效率：单位动力在单位时间内所转移的氧量，多用于机械曝气设备评价
2、机械曝气
（1）竖式曝气机
（2）卧式曝气刷
备注：34
 
1、鼓风曝气
小气泡扩散器 特点是氧利用率高，但阻力大，易阻塞 。
中气泡扩散器 其特点是氧利用率低，但空气压力损失较小； 
大气泡扩散器 特点是气泡大，分布不匀，氧利用率低，不易堵塞； 
备注：35
鼓风曝气设备性能资料

气泡大小(mm)

氧传递速率(mg/L.h)

氧吸收率(%)

动力效率(kgO2/kW.h)

?小气泡(<1.5)?中气泡(1.5~1.3)?大气泡(>3)?微气泡(<0.1)

40-6020-3010-2040-120

11-126.2-7.96.2-7.1

1.6~2.61.0-1.60.6-1.21.2-2.4

氧传递速率  动力效率
备注：36
 
2、机械曝气
备注：37
 
注:标准状态是用清水, 水温20℃, 大气压力为101.325kPa,最初水中的溶解氧浓度为0。现场试验用的是污水，水温15 ℃ ，海拔150m， α=0.85，β=0.9。 
备注：38
 
1、鼓风曝气与推流式曝气池 
备注：39
1、鼓风曝气与推流式曝气池 
推流式曝气池长宽比一般大于4～5 ，宽深比不大于2 ，深度一般取3~5m。鼓风曝气系统由空气净化器，鼓风机，空气输配管系统和扩散器组成。 
备注：40
 
1、鼓风曝气与推流式曝气池 ——浅层曝气池
在氧转移率相同的情况下，浅层曝气耗电省。一般在曝气池中设垂直导流板，上缘与曝气管齐，下缘距池底0.6～0.8m。曝气时混合液饶导流板循环流动。浅层曝气的供气量为30～40m3/m3(水)·h。风压约1kPa,动力效率2.3～2.9kg(O2)/kWh。 　　
浅层曝气池与一般曝气池相比，空气量增大了，而风压仅为一般曝气池的1/3～1/4,电耗略有下降，适于中小型污水厂采用。
备注：41
 
1、鼓风曝气与推流式曝气池——深井曝气
备注：42
 
2、叶轮曝气与完全混合曝气池
（1） 分建式  曝气池和沉淀池分别设置，既可使用表曝机，也可用鼓风曝气装置。采用泵形叶轮时，曝气池直径与叶轮直径之比为4.5~7.5。采用倒伞形和平板形叶轮时，曝气池直径与叶轮直径之比为3~5。
（2）合建式  靠表曝机的提升力使污泥循环，一般回流比较大，R＞ 1，甚至达到5。
备注：43
 
鼓风曝气与叶轮曝气的优缺点和适用条件  一般地说，表面机械曝气的氧吸收率高（约为15～25%），鼓风曝气低（仅为6～10%）,所以前者耗电较后者少。鼓风曝气所用设备较多。但是当废水量很大，曝气池需要设置相当多的曝气叶轮时，则费用剧增，超过鼓风曝气。因此，叶轮曝气适用于水量较小的小型曝气池，鼓风曝气适用于大水量的大型曝气池。
?当废水中存在大量的产生泡沫的物质（如表面活性剂，碱等）时，若无有效的消沫措施，则不宜采用表面曝气。
?安装曝气叶轮时，安装深度要适当：浸没深度过小，水面扰动虽然剧烈，但提升作用小；浸没深度过大，其结果正好相反，两者均要降低充氧效果。叶轮的周边线速度一般为3～6m/s, 线速度过小，充氧能力减弱；线速度过大，易破坏污泥絮体，影响沉降分离。
三、曝气池池型
备注：44
 
3、两种池形的结合
备注：45
城镇污水污水处理厂常用的工艺有8大类:普通活性污泥工艺、水解一好氧工艺、AB工艺、A/O工艺、A2/O工艺、氧化沟工艺、SBR及其改进工艺、土地处理工艺。针对这8大类工艺进行了技术经济指标分析。
技术指标指普通污染物去除效率、除磷脱氮效果、运行稳定性及自控要求等；经济指标评价包括能耗、投资、运行费用以及占地面积。
对COD，BOD和SS的去除效率进行了调查。普通曝气工艺、水解一好氧工艺、A/O工艺、A/A/O工艺、氧化沟系列工艺、SBR系列工艺、AB工艺相差不多，土地处理效率最低，但各工艺在合理的设计下都能够达到出水达标排放要求。
A为普通曝气工艺；B为水解一好氧工艺；C为AB工艺；D为A/O工艺；E为尸/O工艺；F为卡式氧化沟；G为奥式氧化沟；H为交替式氧化沟；；I为一体化氧化沟； l为SBR工艺；K为MSBR工艺；I为IDEA工艺；M为ICEAS工艺；N为CASS工艺；O为UNITANK工艺；P为芦苇湿地处理。
各工艺BOD去除效率对比
从下图可以看出，A/O工艺、A/A/O工艺明显具有优势;氧化沟系列工艺、SBR系列工艺、水解一好氧工艺、芦苇湿地工艺相对来讲也可以根据实际情况选择采用;AF;工艺和普通曝气工艺在这方面显得相对不足。
A为普通曝气工艺；B为水解一好氧工艺；C为AB工艺；D为A/O工艺；E为尸/O工艺；F为卡式氧化沟；G为奥式氧化沟；H为交替式氧化沟；；I为一体化氧化沟； l为SBR工艺；K为MSBR工艺；I为IDEA工艺；M为ICEAS工艺；N为CASS工艺；O为UNITANK工艺；P为芦苇湿地处理。
普通曝气工艺运行经验积累丰富，运行稳定性最高；A/ O工艺、A/A/O工艺、氧化沟系列工艺(除一体化氧化沟),SBR系列工艺(除UNITANK工艺)、芦苇湿地工艺运行稳定性良好，相对的，水解-好氧工艺与AB工艺、一体化氧化沟工艺和UNITANK工艺的运行稳定性尚无确切保证。
 工艺的自控要求高低直接影响运行稳定性、工程投资、员工素质等。自控要求低(定性评价分值高)相对工艺来讲稳定性高，投资省，员工素质要求较低，反之亦然。由图可见氧化沟系列工艺自控水平要求相对低，而SBR系列工艺无一例外自控水平要求高；普通曝气工艺自控水平要求非常高，因为目前普通曝气工艺主要应用于大型和超大型污水处理项目中的缘故。 
各工艺能耗本身相差不大，这是因为能耗很大部分在于提升泵房和鼓风机房的电耗，而提升泵房的电耗主要取决于受纳水体水面高程，进水管底标高以及工艺水力损失，鼓风机房的电耗主要取决于进出水水质情况。相对而言，土地处理工艺能耗较低。
经济指标——投资
在投资方面，各种工艺除芦苇湿地工艺以及Biolak工艺和多级A/O工艺采用土工构筑物较小外，其他工艺相差不大。这是因为工艺研究伊始，经济性是决定其能否被广泛使用的最根本也是最关键的因素之一。 
运行费用与投资一样，是决定该工艺能否被广泛使用最根本也是最关键的因素之一。除芦苇湿地工艺外，其他工艺运行费用相差无几。
经济指标——占地面积
占地面积是制约工艺适用范围的关键因素之一，尤其是对于城市用地紧张的特点，占地面积对于城市污水处理工艺的选择至关重要。SBR系列工艺也正是因为占地面积节省的突出特点，在近几年被广为采用。
从图5中可以看出，除SBR系列工艺外，水解一好氧工艺、A/O工艺、A/A/O工艺、一体化氧化沟工艺等占地面积较小，而芦苇湿地工艺占地面积最大。
城镇污水处理设施建设中面临的主要问题
一是污水处理设施建设滞后，能力不足，水平不高，适应不了发展需求；
二是污水管网与污泥处理等配套设施建设不同步， 环境效益没有充分发挥；
三是污水处理费征收不到位，运行机制尚未完善，运营效率需要提高。
运营管理、常见故障识别与处理污水处理厂想取得良好的处理效果，必须使各类设备经常处于良好的工作状况和保持应有的技术性能，正确操作、保养、维修设备是污水处理厂正常运转的先决条件。设备管理应注意以下几个方面：
（1）使用好设备  严格按照说明书和操作规程进行操作。
（2）保养好设备  各种设备都应根据出厂说明书和现场情况制定保养条例。保养条例要包括清洁、调整、紧固、润滑金和防腐等内容。
（3）检修好设备  对主要设备制定检修标准，通过检修，恢复技术性能。
（4）管理好设备  做好设备购置、安装、调试、验收、使用、保养、检修、报废以及更新全过程的管理工作。
在污水处理厂，格栅、除砂设备、刮泥机污泥浓缩机、表面曝气机、吸泥机、潜水推流器、滗水器等为运行工艺上重要的大型设备。只有保证这些设备安全、正常运行、充分发挥这些设备的工作潜能，才能使整个污水处理厂正常运行起来。这些设备在运行管理和维护方面应注意以下几个问题。
（1）熟悉所管理的设备
（2）确定设备运行最佳方案
（3）做好设备的巡回检查
（4）保持设备良好的润滑状态
（5）做好设备日常维护与管理

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